隨著如今的技術(shù)發(fā)展,變頻驅(qū)動技術(shù)已開始在各種機(jī)械設(shè)備以及自動化機(jī)器人控制領(lǐng)域嶄露頭角,目前該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了制造、加工、倉儲、以及部分物流設(shè)施。
變頻器作為一種經(jīng)濟(jì)且實(shí)惠的工控設(shè)備,無論是在物料搬運(yùn),加工或泵和風(fēng)扇等設(shè)備上應(yīng)用,都可以幫助企業(yè)優(yōu)化設(shè)備性能,降低能耗,有效延長機(jī)器人的使用期限,這就為企業(yè)節(jié)省大量成本。變頻技術(shù)可用于基本電壓模式,230V,480V或600V電機(jī)操作,在三相電源中運(yùn)行。 變頻設(shè)備的選擇是取決于電機(jī)類型,電壓,額定電流,接入功率和輸入/輸出(I / O)的類型。 大小取決于與應(yīng)用相關(guān)的一系列因素,包括電機(jī)的全負(fù)荷等級以及滿載中的最大電壓。
在最基本的變頻器應(yīng)用中,通過調(diào)節(jié)接入電動機(jī)的電源的頻率和電壓,使操作人員可以將電機(jī)的速度和負(fù)載要求匹配起來。對于特定的應(yīng)用,可以使電機(jī)運(yùn)行在最高效的速度上,并且減少能源消耗。變頻器為有創(chuàng)造力的OEM行業(yè)和最終用戶帶來了大量可實(shí)現(xiàn)的潛在效率。更新的使用變頻驅(qū)動技術(shù)的方式有助于解決特定的運(yùn)動控制應(yīng)用的挑戰(zhàn),并使其更加經(jīng)濟(jì)、利潤更高。下面將介紹6個使用變頻器解決方案處理先進(jìn)的運(yùn)動控制應(yīng)用的真實(shí)場景。
1、負(fù)載變化的傳送帶
不管是在機(jī)場還是工廠的傳送設(shè)備中,運(yùn)輸變量負(fù)荷的運(yùn)輸磁帶都是長期挑戰(zhàn)和功耗的顯著限制。 在空轉(zhuǎn)的輸送帶上無需全功率運(yùn)行,不過需要在一定時間以后、加上負(fù)載的時候或者接到電機(jī)調(diào)整的指令之后作出響應(yīng)。
當(dāng)傳輸設(shè)備應(yīng)用變頻器進(jìn)行變載運(yùn)行時,可以節(jié)省大量電能(參見圖1)。 變頻器感應(yīng)更輕的負(fù)載,然后調(diào)整電機(jī)的功率因數(shù)使其運(yùn)行得更加高效,即便是在低負(fù)荷的周期內(nèi)。 此模式可最大限度地減少功耗,而無需足夠的負(fù)載,并且可以在添加更大的負(fù)載時以最佳性能提高功耗并在最佳性能下操作。
在上圖中的運(yùn)送可變負(fù)載的傳送帶可以使用變頻器來運(yùn)行,大大地節(jié)省了功率消耗。變頻器感應(yīng)更輕的負(fù)載,然后調(diào)整電機(jī)的功率因數(shù)使其運(yùn)行的更加高效,即便是在低負(fù)荷的周期內(nèi)。
對于占地比較廣的大型工廠或自動化系統(tǒng),分散化的變頻器免除了將電纜敷設(shè)到控制柜所需要的時間和成本(包括材料和人工)。除此以外,從盡量靠近電機(jī)的電源總線上接入供電變得更簡單,而且更具有有成本效益。
2、簡化內(nèi)部設(shè)備組合
變頻技術(shù)能夠?yàn)椴糠挚刂葡到y(tǒng)提供更為簡化的電氣控制方案。 具有多種固定速度選項(xiàng)的新型變頻技術(shù)可以通過改變電動機(jī)的速度大大減少內(nèi)部物流應(yīng)用中使用的不同齒輪電機(jī)組合的數(shù)量。
在大型的倉庫中,所有的傳送帶都連接在一個大的網(wǎng)絡(luò)內(nèi),需要不同位置的傳送帶以不同的速度運(yùn)行。這就意味著在系統(tǒng)的不同部分要安裝眾多變速箱,每臺變速箱具有獨(dú)特的功率輸入輸出比,以此確保每個部分的傳送帶都以正確的速度運(yùn)行??墒?,其結(jié)果是需要使用很多不同的變速箱輸入輸出比來支持相同的功率要求。
與部署20臺大小各異的變速箱的做法不同,新的解決方案僅僅需要4到5臺變頻器/電機(jī)/變速箱的組合就足夠了。通過調(diào)節(jié)頻率來控制速度,操作員可以優(yōu)化每一種組合,而不需要依賴跨接在線路上的單一速度電機(jī)連接器。
3、在更高頻率下運(yùn)行感應(yīng)式電機(jī)
普通的感應(yīng)式電機(jī)是為運(yùn)行在60Hz頻率的電源下而設(shè)計(jì)的,但這不一定就是應(yīng)用中最優(yōu)的設(shè)計(jì)。使用變頻器,OEM廠商可以為諸如風(fēng)電應(yīng)用設(shè)計(jì)出最低可以運(yùn)行在20Hz的電機(jī),或者對于功率密度高得多的應(yīng)用中可以運(yùn)行的頻率高達(dá)100到600Hz。
因?yàn)楣β士捎伤俣瘸艘赞D(zhuǎn)矩計(jì)算得出,因此OEM廠商可以設(shè)計(jì)出更小的電機(jī),卻具有與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電機(jī)相同的功率。一般來說,這種更高頻率的電機(jī)的大小是運(yùn)行在50/60Hz頻率下電機(jī)的一半,但是卻具備相同的功率。除此以外,由于電機(jī)的慣性更小了,使用變頻器的感應(yīng)式電機(jī)具備了提供更多動態(tài)系統(tǒng)功能的能力。
4、在伺服模式下運(yùn)行感應(yīng)式電機(jī)
伺服控制要求具備高精度的速度和位置,它需要準(zhǔn)確性。鑒于此,在執(zhí)行伺服功能的時候,永磁電機(jī)就成為了設(shè)備的首選。不過,由于它們依賴于稀有的金屬,因而價格也比較昂貴。
如果信息反饋完善,變頻器控制的感應(yīng)式電機(jī)也可以運(yùn)行在伺服模式下。與傳統(tǒng)的永磁伺服電機(jī)相比,變頻器提供了性價比更好的替代方案。雖然變頻器主要用于開環(huán)速度控制,并且一般不會認(rèn)為會實(shí)現(xiàn)特別高的精度,但這項(xiàng)技術(shù)足夠可以控制很多伺服應(yīng)用情況下的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
如果功率密度并不是那么好,電機(jī)會稍微大一些,因此很有必要仔細(xì)考慮系統(tǒng)的需求、電機(jī)尺寸和功能。例如,變頻器感應(yīng)伺服電機(jī)的加速無法像永磁電機(jī)那么快,不過你需要考慮的是你的應(yīng)用場合真的需要實(shí)現(xiàn)這種功能嗎?雖然該解決方案的動態(tài)性可能略低,但顯著的成本節(jié)省可能在市場競爭上為企業(yè)帶來顯著的優(yōu)勢。
5、在沒有反饋的情況下運(yùn)行永磁電機(jī)
對于一般應(yīng)用來說,永磁電機(jī)是屬于效率最高的電機(jī),不過需要具備追蹤電極位置以及進(jìn)行電機(jī)適當(dāng)整流所需要的反饋信息。
目前,變頻技術(shù)可以在沒有反饋的情況下運(yùn)行永磁電機(jī),而且還能獲得5度以內(nèi)的位置精度。有了變頻器,當(dāng)電機(jī)在停止位置的時候,會計(jì)算電極的位置,然后可以為了實(shí)現(xiàn)良好的控制而對電機(jī)進(jìn)行整流。
無需任何反饋的位置控制應(yīng)用免除了對電纜及更加昂貴的伺服變頻器的需求,而是用更加經(jīng)濟(jì)、更加高效的變頻器取而代之。采用變頻器技術(shù)為永磁電機(jī)提供動力也意味著,如果減少功率消耗對于某些應(yīng)用更加關(guān)鍵的話,此類應(yīng)用可以運(yùn)行在速度模式下。
6、減小盤柜占地面積和電纜長度
變頻器在使用過程中,我們通常會下意識的忽略這種設(shè)備帶來的安裝空間的節(jié)省。 可以減少電機(jī)和齒輪箱的組合,以減少工廠車間的控制面板的地板和電機(jī)電纜的長度。 對于具有大區(qū)域電機(jī)的人,或在一組移動部件中共用一組電源軌和其他移動部件,它們可以帶來更多的電動機(jī)集成帶來更多好處。
對于那些電機(jī)占地面積很大的設(shè)備,或者在一套系統(tǒng)中一套運(yùn)動組成部分和其他的運(yùn)動組成部分共用一組供電軌道,將變頻傳動設(shè)備與電機(jī)整合在一起才有意義。為此,許多系統(tǒng)工程師會將所有電纜鋪設(shè)到中央控制柜上,而不是實(shí)現(xiàn)依賴于獨(dú)立驅(qū)動電機(jī)的分布式系統(tǒng),只需要將主控制柜的控制電纜連接每個部件上進(jìn)行控制。
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